Lei da ação de massa: aplicações, exemplos - Ciência - 2023

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o lei de ação em massa estabelece a relação entre as massas ativas dos reagentes e dos produtos, em condições de equilíbrio e em sistemas homogêneos (soluções ou fases gasosas). Foi formulado pelos cientistas noruegueses C.M. Guldberg e P. Waage, que reconheceram que o equilíbrio é dinâmico e não estático.

Por que dinâmico? Porque as taxas das reações direta e reversa são iguais. As massas ativas são geralmente expressas em mol / L (molaridade). Tal reação pode ser escrita assim: aA + bB <=> cC + dD. Para o equilíbrio citado neste exemplo, a relação entre reagentes e produtos é ilustrada na equação da imagem abaixo.

K é sempre constante, independentemente das concentrações iniciais das substâncias, desde que a temperatura não varie. Aqui A, B, C e D são os reagentes e produtos; enquanto a, b, c e d são seus coeficientes estequiométricos.


O valor numérico de K é uma constante característica para cada reação a uma determinada temperatura. Portanto, K é o que chamamos de constante de equilíbrio.

A notação [] significa que na expressão matemática as concentrações aparecem em unidades de mol / L, elevadas a uma potência igual ao coeficiente de reação.

Qual é a lei da ação em massa?

Como mencionado anteriormente, a lei de ação da massa expressa que a velocidade de uma dada reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações das espécies reagentes, onde a concentração de cada espécie é elevada a uma potência igual ao seu coeficiente estequiométrico na equação química.

Nesse sentido, pode ser melhor explicado por ter uma reação reversível, cuja equação geral é ilustrada a seguir:

aA + bB ↔ cC + dD

Onde A e B representam os reagentes e as substâncias denominadas C e D representam os produtos da reação. Da mesma forma, os valores de a, b, c e d representam os coeficientes estequiométricos de A, B, C e D, respectivamente.


A partir da equação anterior, obtém-se a constante de equilíbrio mencionada anteriormente, que é ilustrada como:

K = [C]c[D]d/[PARA]para[B]b

Onde a constante de equilíbrio K é igual a um quociente, no qual o numerador é composto pela multiplicação das concentrações dos produtos (em estado de equilíbrio) elevadas ao seu coeficiente na equação balanceada e o denominador consiste em uma multiplicação semelhante mas entre os reagentes elevados ao coeficiente que os acompanha.

Significado da constante de equilíbrio

Deve-se observar que as concentrações de equilíbrio das espécies devem ser utilizadas na equação para o cálculo da constante de equilíbrio, desde que não haja modificações nestas ou na temperatura do sistema.

Da mesma forma, o valor da constante de equilíbrio fornece informações sobre a direção que é favorecida em uma reação em equilíbrio, ou seja, revela se a reação é favorável aos reagentes ou aos produtos.


Caso a magnitude dessa constante seja muito maior que a unidade (K »1), o equilíbrio se deslocará para a direita e favorecerá os produtos; ao passo que se a magnitude dessa constante for muito menor que a unidade (K «1), o equilíbrio se deslocará para a esquerda e favorecerá os reagentes.

Além disso, embora por convenção seja indicado que as substâncias do lado esquerdo da seta são os reagentes e as do lado direito são os produtos, o fato de que os reagentes que vêm da reação em o sentido direto torna-se o produto da reação reversa e vice-versa.

Equilíbrio químico

As reações freqüentemente alcançam um equilíbrio entre as quantidades das substâncias iniciais e as dos produtos que são formados. Esse equilíbrio pode, adicionalmente, mudar favorecendo o aumento ou diminuição de uma das substâncias que participam da reação.

Fato análogo ocorre na dissociação de uma substância dissolvida: durante uma reação, o desaparecimento das substâncias iniciais e a formação dos produtos podem ser observados experimentalmente com velocidade variável.

A taxa de uma reação é altamente dependente da temperatura e, em vários graus, da concentração dos reagentes. Na verdade, esses fatores são estudados especialmente pela cinética química.

No entanto, esse equilíbrio não é estático, mas advém da coexistência de uma reação direta e uma inversa.

Na reação direta (->) os produtos são formados, enquanto na reação inversa (<-) eles re-originam as substâncias iniciais.

Isso constitui o que é conhecido como equilíbrio dinâmico, mencionado acima.

Equilíbrio em sistemas heterogêneos

Em sistemas heterogêneos - isto é, naqueles formados por várias fases - as concentrações dos sólidos podem ser consideradas constantes, omitindo-se da expressão matemática para K.

Ladrao3(s) <=> CaO (s) + CO2(g)

Assim, no equilíbrio de decomposição do carbonato de cálcio, sua concentração e a do óxido resultante podem ser consideradas constantes independentemente de sua massa.

Mudanças de equilíbrio

O valor numérico da constante de equilíbrio determina se uma reação favorece ou não a formação de produtos. Quando K for maior que 1, o sistema de equilíbrio terá uma concentração maior de produtos do que de reagentes, e se K for menor que 1 ocorre o contrário: em equilíbrio haverá uma concentração maior de reagentes do que de produtos.

Princípio Le Chatelier

A influência das variações na concentração, temperatura e pressão pode alterar a taxa de uma reação.

Por exemplo, se produtos gasosos são formados em uma reação, um aumento na pressão sobre o sistema faz com que a reação seja executada na direção oposta (em direção aos reagentes).

Em geral, as reações inorgânicas que ocorrem entre os íons são muito rápidas, enquanto as orgânicas têm velocidades muito menores.

Se o calor é produzido em uma reação, um aumento na temperatura externa tende a orientá-la na direção oposta, uma vez que a reação reversa é endotérmica (absorve calor).

Da mesma forma, se um excesso for causado em uma das substâncias reagentes dentro de um sistema em equilíbrio, as outras substâncias formarão produtos para neutralizar ao máximo essa modificação.

Como resultado, o equilíbrio se desloca favorecendo para um lado ou para outro, aumentando a taxa de reação, de forma que o valor de K permaneça constante.

Todas essas influências externas e a resposta de equilíbrio para neutralizá-las é o que se conhece como princípio de Le Chatelier.

Formulários

Apesar de sua enorme utilidade, quando esta lei foi proposta ela não teve o impacto ou relevância desejados na comunidade científica.

No entanto, a partir do século 20, foi ganhando notoriedade graças ao fato de os cientistas britânicos William Esson e Vernon Harcourt retomarem a sua atividade várias décadas após sua promulgação.

A lei da ação em massa teve muitas aplicações ao longo do tempo, algumas das quais estão listadas abaixo:

  • Por ser formulado em termos de atividades e não de concentrações, é útil determinar desvios do comportamento ideal dos reagentes em uma solução, desde que seja consistente com a termodinâmica.
  • À medida que uma reação se aproxima do equilíbrio, a relação entre a taxa líquida da reação e a energia livre de Gibbs instantânea de uma reação pode ser prevista.
  • Quando combinada com o princípio de equilíbrio detalhado, em termos gerais esta lei fornece os valores resultantes, de acordo com a termodinâmica, das atividades e da constante no estado de equilíbrio, bem como a relação entre estas e as constantes de velocidade resultantes de reações nas direções direta e reversa.
  • Quando as reações são do tipo elementar, aplicando-se esta lei, obtém-se a equação de equilíbrio apropriada para uma dada reação química e as expressões de sua taxa.

Exemplos da lei de ação em massa

-Ao estudar uma reação irreversível entre íons encontrados em solução, a expressão geral desta lei leva à formulação de Brönsted-Bjerrum, que estabelece a relação entre a força iônica das espécies e a constante de velocidade .

-Ao analisar as reações que se realizam em soluções ideais diluídas ou em estado de agregação gasosa, obtém-se a expressão geral da lei original (década de 80).

-Como tem características universais, a expressão geral desta lei pode ser usada como parte da cinética em vez de vê-la como parte da termodinâmica.

-Quando usado em eletrônica, esta lei é usada para determinar que a multiplicação entre as densidades dos buracos e os elétrons de uma determinada superfície tem uma magnitude constante no estado de equilíbrio, mesmo independentemente do doping que é fornecido ao material .

-O uso desta lei para descrever a dinâmica entre predadores e presas é amplamente conhecido, assumindo que a relação de predação na presa apresenta uma certa proporção com a relação entre predadores e presas.

-No campo dos estudos da saúde, esta lei pode até ser aplicada para descrever certos fatores do comportamento humano, do ponto de vista político e social.

A lei da ação de massa em farmacologia

Assumindo que D é a droga e R é o receptor sobre o qual atua, ambos reagem para originar o complexo DR, que é responsável pelo efeito farmacológico:

K = [DR] / [D] [R]

K é a constante de dissociação. Há uma reação direta em que a droga atua sobre o receptor e outra em que o complexo DR se dissocia nos compostos originais. Cada reação tem sua própria velocidade, igualando-se apenas no equilíbrio, com K. sendo satisfeito.

Interpretando a lei da massa ao pé da letra, quanto maior a concentração de D, maior a concentração do complexo DR formado.

No entanto, o total de receptores Rt tem um limite físico, portanto, não há uma quantidade ilimitada de R para todos os D. disponíveis. Da mesma forma, estudos experimentalmente na área de farmacologia encontraram as seguintes limitações para a lei de massa neste campo:

- Assume que a ligação R-D é reversível, quando na maioria dos casos realmente não é.

- A ligação R-D pode alterar estruturalmente qualquer um dos dois componentes (a droga ou o receptor), uma circunstância que não é considerada pela lei de massa.

- Além disso, a lei da massa empalidece diante das reações em que vários intermediários intervêm na formação do RD.

Limitações

A lei da ação de massa pressupõe que toda reação química é elementar; em outras palavras, que a molecularidade é a mesma da respectiva ordem de reação para cada espécie envolvida.

Aqui, os coeficientes estequiométricos a, b, c e d são considerados como o número de moléculas envolvidas no mecanismo de reação. No entanto, em uma reação global, eles não coincidem necessariamente com o seu pedido.

Por exemplo, para a reação aA + bB <=> cC + dD:

A expressão de velocidade para as reações diretas e inversas são:

k1= [A]para[B]b

k2= [C]c[D]d

Isso só se aplica às reações elementares, pois para as globais, embora os coeficientes estequiométricos estejam corretos, nem sempre são as ordens de reação. No caso da reação direta, a última poderia ser:

k1= [A]W[B]z

Nesta expressão w e z seriam as verdadeiras ordens de reação para as espécies A e B.

Referências

  1. Jeffrey Aronson. (2015, 19 de novembro). As Leis da Vida: Lei da Ação em Massa de Guldberg e Waage. Obtido em 10 de maio de 2018, em: cebm.net
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